Публикации : "ХОЛТ – новый класс холодильной техники"

УД К 641.546.44
Канд.техн. наук А.В.ВАГИН, В.Е.РУССО,
канд.техн. наук Ю.М.ШАТРОВ
ОАО ПКФ "МАГРИ"

          В преддверии грядущего века проблема энергосбережения становится все актуальнее. Один из массовых потребителей электроэнергии - бытовая холодильная техника, поглощающая сегодня в мире более 200 млрд кВт.ч в год. Решением задачи кардинального уменьшения "аппетита" этой техники занимает­ся уже несколько лет ОАО ПКФ "МАГРИ". Специалистами фир­мы разрабатывается новый класс бытовой холодильной техни­ки, основанной на использовании естественной тепловой энер­гии и получившей название ХОЛТ.

ХОЛТ – новый класс холодильной техники

          Анализ перспектив развития бытовых холодильников показал, что значительного уменьшения энергопотребления наиболее со­временными экономичными хо­лодильниками парокомпрессионного типа в результате совершен­ствования холодильного агрегата, системы терморегулирования, конструкции корпуса, примене­ния новых материалов и техноло­гий не предвидится [8]. В то же время еще один путь решения этой задачи остается без внима­ния широкого круга специалис­тов. Речь идет о способе, подска­зываемом самой природой, - ис­пользовании в устройствах для хранения продуктов естествен­ной тепловой энергии наружной среды.

          Анализ метеостатики средних годовых температур, их сезон­ных и суточных изменений на поверхности Земли [2, 7] пока­зывает, что почти треть суши имеет умеренный климат со среднегодовыми температурами воздуха от -5 до +12 °С. Срав­нивая эти температуры с темпе­ратурами помещений (16...32 °С), при которых гарантируется работа современных бытовых холодильников, можно заметить следующее. Диапазон темпера­тур воздуха в зонах умеренного климата значительно ближе к оптимальным температурным условиям хранения продуктов, поддерживаемым в рабочей ка­мере холодильника (1...8 °С), чем температурный диапазон воздуха в помещении. Посколь­ку потребление электроэнергии холодильником в первую оче­редь определяется разностью температур окружающего возду­ха и заданной внутри его рабо­чей камеры, то очевиден вывод: электропотребление холодиль­никами можно существенно снизить простым перемещением их из помещений на открытый воздух.

          На рис. 1 в качестве примера изображены диаграммы, позволя­ющие оценить экономию элект­роэнергии холодильником, рабо­тающим в температурных услови­ях окружающей среды, соответ­ствующих климату Москвы [2]. На диаграммах приведено осредненное в пятиградусном интерва­ле годовое электропотребление холодильника в зависимости от изменения внешней температуры и от времени ее существования в течение года в том же интервале. В качестве объекта для оценки принят некий "виртуальный" хо­лодильник, подобный современ­ному высокоэкономичному одно­камерному холодильнику со сред­несуточным энергопотреблением 0,7 кВт.ч при температуре окру­жающего воздуха 25 °С и внутри рабочей камеры 5 °С. Предпола­галось, что он способен работать в реверсивном режиме (охлажде­ние-нагрев) и что заданная в ка­мере температура 5 °С выдержи­вается терморегулятором без ста­тистических и динамических ошибок.

          Как видно их диаграмм, сред­негодовое потребление электро­энергии такого холодильника, подсчитанное сложением затрат энергии на каждом температур­ном интервале, составляет 123 кВт.ч. Сравнивая полученный результат с годовым потреблени­ем этого же холодильника, но размещенного в помещении с по­стоянной температурой 25 °С, которое составляет 255 кВт.ч, видим, что экономится 50,7 % электроэнергии. Если допустить, что температура в рабочей каме­ре выдерживается с помощью того же регулятора в пределах от 1 до 8 °С, то экономия возраста­ет до 66 %.

          На рис. 2 представлены резуль­таты математического моделиро­вания процесса энергопотребле­ния реверсивным холодильни­ком в течение одних суток и про­цесса стабилизации температуры в его рабочей камере в пределах 1...8 °С с учетом динамических ошибок регулирования. При этом имитировали суточные из­менения температуры воздуха, характерные для г. Эдмонтон, Канада, в апреле. Предполага­лось также, что 50 % поверхнос­ти корпуса холодильника нахо­дится в среде с постоянной тем­пературой 25 °С. Как видно из рис. 2, в этом случае электропот­ребление за сутки составляет 0,12 кВт.ч вместо 0,7 кВт.ч энергии, которую расходует холодильник, целиком располо­женный в среде с температурой 25 °С.

          Проведенные расчеты и экспе­риментальные исследования по­казали, что таким путем можно сэкономить до 80% потребляе­мой холодильником в настоящее время электроэнергии в зависи­мости от температурных условий наружной среды. На фрагменте карты мира (рис. 3) отмечены по­казатели экономичности холо­дильника в различных регионах Земли с умеренным климатом, полученные по изложенной ме­тодике. При этом были учтены экспериментальные результаты измерений энергопотребления холодильника "Стинол 519" (па­раметры которого закладывали в расчеты) при различных вне­шних температурах, имитирую­щих сезонные и суточные коле­бания температуры в умеренном климате.

          Предложенный простой на первый взгляд способ передачи тепловой энергии наружной сре­ды в рабочую камеру холодиль­ного устройства путем непосред­ственного контакта корпуса (или его части) с наружным воздухом требует тем не менее определен­ных подходов к разработке этого класса холодильной техники:

          • необходимо выработать но­вые критерии оценки техничес­ких и эксплуатационных харак­теристик такой техники. В част­ности, ее экономичность должна оцениваться по среднесуточному за год или среднегодовому по­треблению электроэнергии для конкретного региона, где будет использоваться устройство;
          • должен быть выбран наибо­лее экономичный способ генера­ции тепловой энергии и на его основе разработан реверсивный холодильно-нагревательный аг­регат;
          • система управления холодильно-нагревательным агрега­том должна, по крайней мере, со­хранить достигнутую сегодня точность терморегулирования в условиях гораздо более широко­го диапазона сезонных и суточ­ных изменений температур окру­жающего воздуха по сравнению с комнатными. Функции этой си­стемы расширяются, ее парамет­ры должны выбираться с пози­ций минимизации энергопотреб­ления;
          • устройство в целом, его холодильно-нагревательный агрегат, система управления, другие узлы и элементы должны работать в атмосферных условиях без ухуд­шения технических характерис­тик;
          • должны быть сохранены или улучшены и расширены потреби­тельские свойства устройства (дизайн, удобство эксплуатации, долговечность, стоимость и т. п.).

               Совокупность таких подходов при создании предложенного класса бытовой холодильной тех­ники названа климатологичес­кой концепцией, а само устрой­ство - "холодильником-теплильником" (ХОЛТ).

               На основе такой концепции разработано несколько базовых однокамерных моделей ХОЛТ, отличающихся по принципу дей­ствия, конструкции, условиям эксплуатации.

          В моделях ХОЛТ-ОК [4] и ХОЛТ-У [1,4] применен парокомпрессионный холодильный агрегат, дополненный электро­нагревателем внутреннего объе­ма рабочей камеры, сконструированным на основе узлов и блоков, выпускаемых в настоящее время промышленностью. Управление холодильно-нагревательным агрегатом осуществля­ется специально разработанным двухканальным четырехпозици­онным электронным унифици­рованным терморегулятором.

          ХОЛТ-ОК размещается в нижней или боковой части оконного проема или в другом подходящем месте строения так, чтобы его задняя стенка выходи­ла в неотапливаемую среду. Он имеет оригинальный дизайн, гармонично сочетающийся с евроокном, создает своеобразный интерьер помещения и эконо­мит его полезную площадь. В конструкции корпуса ХОЛТ-ОК предусмотрены средства для крепления и компоновки с евро-окном, в комплекте с которым он может устанавливаться. При изготовлении базовую ширину корпуса можно изменять в неко­торых пределах, что облегчает его монтаж в уже действующем строении и позволяет изменять полезный объем камеры. ХОЛТ-ОК может быть использован в городских квартирах, в офисах, отелях, медицинских учрежде­ниях, в сельских домах, в коттед­жах, дачных строениях и т. д.

          Другая модель - ХОЛТ-У - универсальна и может разме­щаться в любом месте как отап­ливаемого, так и неотапливаемо­го помещения (кухня, комната, балкон, лоджия, терраса и т. д.). В отапливаемом помещении он работает как обычный современ­ный холодильник. Конструкция ХОЛТ-У разработана на основе конструкции холодильника "Стинол 519", в который допол­нительно установлен электронаг­реватель, терморегулятор заме­нен специально разработанной электронной системой управле­ния и введены специальные сред­ства, позволяющие работать хо­лодильному агрегату в атмосфер­ных условиях. При этом серьез­ных доработок корпуса холодильника не потребовалось, что существенно упрощает про­цесс освоения ХОЛТ-У промыш­ленностью, поскольку за основу может быть взята практически любая модель современного хо­лодильника, в том числе двухка­мерного.

          Модель ХОЛТ-ОК-ТЭ [5, 6] разработана на основе термо­электрического способа генера­ции тепловой энергии и предназ­начена для тех же условий раз­мещения и эксплуатации, что и ХОЛТ-ОК. Конструкция его кор­пуса аналогична конструкции корпуса ХОЛТ-ОК. Эта модель обладает следующими привлека­тельными особенностями. ХОЛТ-ОК-ТЭ экологически чист, имеет пониженный уровень шума. Его термоэлектрический агрегат способен работать в ре­версивном режиме. С уменьше­нием разности температур окру­жающего воздуха и внутри каме­ры ХОЛТ-ОК-ТЭ резко возрас­тает холодильный коэффициент агрегата и, как следствие, снижа­ется его энергопотребление. Кро­ме того, система управления, по­строенная на основе принципа линейного регулирования (в от­личие от релейного), существен­но снижает энергетические поте­ри в процессе терморегулирова­ния. Однако при всей заманчиво­сти и преимуществах этой модели вряд ли можно говорить о его ос­воении промышленностью в ближайшее время. Основное пре­пятствие — отсутствие термомо­дулей с холодильным коэффици­ентом хотя бы 0,4...0,5 при разно­сти температур внешней среды и внутри камеры ХОЛТ около 20 °С. В связи с этим при разработ­ке ХОЛТ-ОК-ТЭ пришлось уве­личивать число термомодулей в термоагрегате, усложнять конст­рукции средств теплоотвода, схе­мы и конструкции блока управ­ления терморегулятора. Тем не менее разработки в этом направ­лении имеют перспективу и бу­дут предприятием продолжены*.

          Технические решения, ис­пользованные при разработке ХОЛТ, запатентованы в РФ и па­тентуются в ряде стран за рубе­жом [1, 3-6]. Модель ХОЛТ-ОК сертифицирована. Образцы ХОЛТ-ОК экспонировались на выставках и отмечались награда­ми (Международная выставка "Эврика-96", Брюссель, 1996 г. - золотая медаль; ВВЦ РФ, Моск­ва, 1997 г. - золотая медаль и др.).

          В настоящее время на пред­приятии налажено производство ХОЛТ-ОК, проводятся его эксплуатационные испытания, а так­же лабораторные и стендовые ис­пытания образца ХОЛТ-У, разра­батывается конструкторская до­кументация. Проведены испыта­ния установочного экземпляра ХОЛТ-ОК-ТЭ. Освоены промышленное изготовление и по­ставки унифицированного блока управления терморегулятора.

          Рассматривая перспективы ос­воения промышленностью пред­ложенного класса бытовой холо­дильной техники, можно выска­зать следующие соображения.

          Массовое вхождение в быт энергосберегающей техники, к которой относится ХОЛТ, позво­лит населению экономить затра­ты на оплату электроэнергии, а государству сберегать энергоре­сурсы, что дает основание при­дать приоритетный характер ос­воению в ближайшее время про­мышленностью этой техники и тем самым внести вклад в реше­ние проблемы энергосбережения.

* - На данный момент базовая модель терморегулятора уже разработана и сертифицирована (см. публикацию «Новая система терморегулирования бытовой холодильной техники класса ХОЛТ»)

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Заявка № 98119930 от 02.11.1998 г. на выдачу патента.
2. Климат г. Москвы/Под ред. А.А.Дмитриева, Н.П.Бессонова. - Л.: Гидрометеоиздат, 1969.
3. Международная заявка № PCT/RU 98/00175 от 05.06.1998 г. на выдачу патента.
4. Пат. 2112909 РФ. 
5. Пат. 2099652 РФ.
6. Пат. 2094713 РФ.
7. Тверской П.Н. Курс метеоро­логии (физика атмосферы). - Л.: Гидрометеоиздат, 1962.
8. Энергетические характерис­тики бытовой холодильной техники//Холодильная техника. №2.1991.

Материал был опубликован в журнале
“Холодильная техника” №1, 1999 г.

Диплом института. Диплом московского авиационного института . продам респираторы . строительные только у нас кабельные теплые полы двс

   Главная
   О компании
   Наши технологии
   Конструкторское бюро
   Коллекция проектов
   Система "Базис"
   Патентование
   Публикации
   Сотрудничество
   Контакты



   Web print
   Web design
   Мебель для офиса
   Очистка инж. коммуникаций

холодильные камеры Polair
ищу няню санкт петербург
Удобный выбор котлов - котлы acv. Котлы отопительные.